曲堤油田沙三段注入水质与储层适配性研究

于晓玮

(中国石油大学胜利学院 油气工程学院,山东 东营 257061)

曲堤油田地质储量3 100×104t,主力含油层系为沙三段,油藏埋深1 100～2 500 m,属于中低渗储层[1]。目前油藏综合含水率达到83.3%,采出程度已达17.5%。注水开发过程中注入水存在主要问题有:现有水质标准是依据层系平均渗透率提出的油藏需求,源头水质均采用3级水质,统计127口井注水压力,注水井注入压力高,有4口井注水压力超过20 MPa。目前欠注水井61口,占开井数55%。这就需要从室内评价的角度分析注水难受效的主要因素以及处理措施[2- 4]。

1 储层概况

曲堤油田沙三段平均渗透率133×10-3μm2,小于50×10-3μm2的储量占40.4%。根据全岩及黏土矿物X衍射分析和铸体薄片分析和恒速压汞分析结果,储层的全岩矿物组分以石英、斜长石和黏土矿物为主,黏土矿物中伊蒙间层和伊蒙间层比均较高,因此储层具有较强的潜在水敏伤害[5];黏土矿物中还含有一定量的高岭石和绿泥石,因此储层还具有潜在的微粒运移、细粒堵塞、酸敏等敏感性伤害[6];储层样品的平均孔喉半径在0.372～2.539 mm,且样品所在储层的吼道半径对渗透率起主控作用,而孔隙半径对渗透率的影响相对较小[7]。

2 注入水、地层水静态配伍性分析

注入水是取自济北联合站的泵后处理水,地层水则是取自沙三段曲104-斜716井的除油地层水。根据室内对水样的6项离子分析,济北联合站注入水水型为氯化钙型,总矿化度为30 540 mg/L。注入水中含有一定量的Ca2+、Mg2+、HCO3-等成垢离子,在温度和压力变化时,有产生碳酸盐垢的可能性[8];曲104-斜716井地层水的水型为氯化钙型,总矿化度为27 599 mg/L,水中含有一定量的Ca2+、Mg2+、HCO3-等成垢离子。

2.1 注入水的自身稳定性

在地面温度条件(17 ℃)和地层温度温度(70 ℃)条件下,将精滤注入水放在密闭容器里分别放置不同的时间,通过跟踪测试主要成垢离子Ca2+、Mg2+、HCO3-等的浓度变化来检测精滤注入水与地层水自身的稳定性以及结垢趋势。过对济北联合站注入水中钙、镁、碳酸氢根含量15 d跟踪测试(如图1)数据结果可知:地面温度条件(17 ℃)下,注入水在第15 d测得的钙离子含量比初始值减少了52 mg/L,降低了8.83%;镁离子含量比初始值减少了1 mg/L,降低了0.65%;、碳酸氢根离子含量比初始值减少了155 mg/L,降低了25.04%。因此,在地面温度条件(17 ℃)下济北联合站注入水不自身稳定,有结垢现象,垢物主要为碳酸盐垢。在地层温度条件(70 ℃)下,也可得到相同的结论。表1中对比了地面条件和地层条件下,注入水中成垢离子的变化量及变化率,可以看出,地层温度条件(70 ℃)下注入水的稳定性相对更差。

图1 地面条件下注入水成垢离子保留率变化

表1 70 ℃和17 ℃注入水放置15 d成垢离子量对比

2.2 注入水与地层水混配后的稳定性

在地面温度条件(17 ℃)下和地层条件(70 ℃)将精滤地层水与精滤注入水以1∶1的体积比进行混合,在密闭容器里分别放置不同的时间,通过测定主要成垢离子Ca2+、Mg2+、HCO3-的浓度变化来检测精滤注入水与地层水的静态配伍性及结垢趋势。

地面温度条件(17 ℃)下,经过对水源水与曲104-斜716井地层水1∶1的混配水中钙、镁、碳酸氢根含量15 d跟踪测试(表2)数据结果可知:混配水在第15 d测得的钙离子含量比初始值减少了45 mg/L,降低了10.14%;镁离子含量比初始值减少了1 mg/L,降低了2.91%;碳酸氢根离子含量比初始值减少了145 mg/L,降低了27.67%。

从水源水与曲104-斜716井地层水1∶1的混配水中的成垢离子钙、镁及碳酸氢根离子变化量及变化率可以看出:在地面温度条件(17 ℃)下水源水与曲104-斜716井地层水1∶1的混配水不稳定,有结垢现象,垢物主要为碳酸盐垢。

表2 地面条件下水源水与曲104-斜716井地层水混配成垢离子测定结果

地层温度条件(70 ℃)下,经过对水源水与曲104-斜716井地层水1∶1的混配水中钙、镁、碳酸氢根含量15 d跟踪测试(表3)数据结果可知:混配水在第15 d测得的钙离子含量比初始值减少了136 mg/L,降低了30.63%;镁离子含量与初始值相比减少了3 mg/L,降低了2.34%;碳酸氢根离子含量比初始值减少了429 mg/L,降低了71.87%。

从水源水与曲104-斜716井地层水1∶1的混配水中的成垢离子钙、镁及碳酸氢根离子变化量及变化率可以看出:在地层温度条件(70 ℃)下水源水与曲104-斜716井地层水的混配水不稳定,有结垢现象,垢物主要为碳酸盐垢。

表3 地层条件下水源水与曲104-斜716井地层水混配成垢离子测定结果

3 注入水与储层的动态配伍性分析

动态配伍性分析实验原理:注入水与储层岩心的动态配伍性试验主要考察在长期注入的情况下,注入水与储层岩心相互作用导致储层渗流能力出现变化的现象。即将各种不同的水样分别注入不同的岩心,测定在注入不同的孔隙倍数下的岩心渗透率值,以此来评价各种流体长期注入对储层的影响[9]。

3.1 水质粒度评价

注入水水质粒度分析的内容包括悬浮固体颗粒含量、粒径等指标,表4为济北联合站注入水主要水质指标的检测结果,并与石油天然气行业标准SY/T 5329-2012作比较。

表4 注入水水质指标

通过注入水水质粒度分析结果来看,注入水中的悬浮物固含量超出行业标准,因此悬浮固体颗粒可能会造成一定的储层伤害,因此,需要研究注入水中悬浮颗粒与储层岩石的动态配伍性。

3.2 精细过滤地层水体积流量评价试验

室内将现场取回的3种地层水经0.22 μm滤膜过滤后分别注入各储层岩心。目的考察没有悬浮颗粒影响的情况下,地层水长期冲刷作用对储层的影响。精滤地层水和模拟地层水的区别在于模拟地层水仅仅是室内根据现场地层水的六项离子资料配制而成,而现场地层水成分则更为复杂,含有其他的一些未知成分,黏度也有差别,因此长期注入对储层岩石渗透率的影响也应该不尽相同。

由图2的试验曲线可知,精细过滤地层水长期冲刷试验表明长期冲刷可使储层岩心渗透率下降18.4%。对比模拟地层水长期注入的结果,精滤地层水比模拟地层水渗透率下降值略大,这是由于精滤地层水的动力黏度比模拟地层水要大,携带能力要强于后者,因此,长期冲刷对储层岩石的冲击应该大于后者。从地层水长期冲刷前后的恒速压汞曲线变化来看(图3),长期冲刷后的孔隙进汞曲线变化很小,说明孔隙结构特征几乎没有发生变化,而吼道进汞曲线明显下移,说明吼道分布由中偏度转变为中细偏度,平均吼道半径变小。这是由于长期冲刷引起岩心中的自由颗粒在吼道处发生滞留和桥堵而造成的。

图2 精滤地层水岩心伤害程度与累积注入量关系图

图3 地层水长期冲刷前和冲刷后恒速压汞曲线

3.3 不同处理程度注入水体积流量评价试验

通过过滤得到了4种不同处理程度的注入水,4种注入水的固含量和粒径中值如表5所示。其中精滤注入水是实验室用0.22 μm滤膜过滤后的现场注入水;粗滤注入水是实验室用1.5 μm滤膜过滤后的现场注入水;沉降注入水是将现场注入水自然沉降48 h后取得的上清液;现场注入水为现场未经处理的注入水。

表5 不同处理程度注入水悬浮固相分析

将长期注入精滤注入水、粗滤注入水、沉降注入水和现场注入水后对储层渗透率的伤害率做成直方图,如图4所示。

图4 不同处理程度注入水伤害率直方图

精滤注入水的损害率最低,现场注入水的损害率最高。如果对注入水分别进行精滤、粗滤和沉降的处理,可使渗透率伤害率分别减小3.40%、2.30%、1.20%。

3.4 注入水矿化度对不同储层的影响

根据水质6项离子分析的测试结果,注入水的总矿化度为322 53 mg/L,而沙三段的地层水矿化度为289 05 mg/L。室内将现场提供的注入水经0.22 μm滤膜过滤后,再分别用蒸馏水稀释到沙三段储层的地层水矿化度,长期注入岩心。目的是排除其他因素影响,比较注入水矿化度对不同储层的影响。

图5结果表明稀释到地层水矿化度后的注入水可使沙三段储层渗透率下降22.7%,对比精滤注入水长期注入的结果,如果把注入水矿化度稀释到地层水的矿化度,渗透率伤害率可以降低13.2%。

图5 不同矿化度注入水伤害程度与累积注入量关系

4 结 论

(1)地面和地层温度条件下，曲堤油田沙三段水源水自身不稳定，且地层温度下的稳定性更差。

(2)水源水与曲104-斜716井地层水的混配水不稳定，有结垢现象，垢物主要为碳酸盐垢。

(3)造成曲堤油田沙三段注水渗透率伤害的影响因素为：储层孔喉中自由颗粒；注入水矿化度；注入水中悬浮颗粒。3因素所占百分比分别为18.4%、13.2%和4.30%。

(4)对于储层孔喉中自由颗粒的影响，建议添加黏土稳定剂来降低储层伤害；对于注入水矿化度影响，若水源条件允许，可将注入水矿化度稀释到地层水矿化度；若水源条件不允许，可在注入水中添加黏土防膨剂；而对于注入水中悬浮颗粒的影响，则推荐沙三段注入水质处理指标为固含量小于10 mg/L，粒径中值小于3 μm。